CN105744586B - 基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，包括步骤1：根据获取的过期的信道状态信息、信道相关系数以及全双工残留自干扰的概率分布，确定各候选中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；步骤2：确定各候选中继节点转发信息时目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；步骤3：根据信号干扰功率比的条件概率分布函数，确定各候选中继节点转发信息时系统的条件中断概率；步骤4：选择使得条件中断概率最小的中继节点来转发信息。本发明中的方法考虑了过期的信道状态信息、全双工中继的残留自干扰、直接链路的干扰等实际因素，既能满足实际通信环境下全双工协同通信的要求，同时又能提高系统的中断性能。

Description

基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法
技术领域
本发明涉及协同无线通信技术领域，具体地，涉及一种基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法。
背景技术
中继选择是多中继协作网络中用来获得空间分集增益的一种实用的技术，而全双工通信能够提高无线通信系统的频谱效率。因此，两者的结合是获得分集增益和提高频谱效率的一种有效的技术手段。
对于中继选择，信道状态信息的准确程度是一个关键因素。当系统具有理想的信道状态信息时，应用中继选择技术能获得可观的性能增益。然而，在实际通信场景中，由于存在信道的时变和各种延时，用于中继选择的信道状态信息可能与数据传输时的实际值不一致，即用于中继选择的信道状态信息可能是实际值的一个过期的版本，这将对系统的性能造成严重的衰减。目前，基于过期的信道状态信息的中继选择技术已得到研究人员的重视，如：Kim S.等人发表了题为“Performance analysis of opportunistic relayingscheme with outdated channel information”的论文(IEEE Transactions on WirelessCommunications，vol.12,no.2,pp.538-549,2013)。该论文基于过期的信道状态信息，分析了半双工解码转发中继选择系统的性能。Soysa M.等人发表了题为“Partial andopportunistic relay selection with outdated channel estimates”的论文(IEEETransactions on Communications，vol.60,no.3,pp.840-850,2012)。该论文基于过期的信道状态信息，研究了半双工的部分和机会中继选择技术。Huang K.等人发表了题为“Outage performance of opportunistic two-way amplify-and-forward relayingwith outdated channel state information”的论文(IEEE Transactions onCommunications，vol.61,no.9,pp.3635-3643,2013)。该论文基于过期的信道状态信息，分析了半双工放大转发双向传输的中继选择系统的性能。上述研究均针对采用半双工方式通信的无线协作网络，而针对全双工协作网络，基于过期的信道状态信息的中继选择技术还缺乏相关的研究。
在实际的全双工中继通信中，由于中继节点处的自干扰隔离和自干扰消除往往是非理想的，因此中继节点处会存在残留的自干扰。同时，由于无线电波传输的广播特性，信源节点与目的节点之间也会存在直接的链路，采用全双工中继通信时，目的节点往往也会受到来自信源节点的干扰。本发明针对全双工协作网络中存在残留自干扰和直接链路干扰的实际通信场景，提供一种基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，既能满足实际中全双工协同通信的要求，同时又能提高系统的中断性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法。
根据本发明提供的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据获取的过期的信道状态信息、信道相关系数以及全双工残留自干扰的概率分布，确定各候选中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；
步骤2：根据获取的过期的信道状态信息、信道相关系数，确定各候选中继节点转发信息时目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；
步骤3：根据各候选中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数与各候选中继节点转发信息时目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数，确定各候选中继节点转发信息时系统的条件中断概率；
步骤4：选择使得条件中断概率最小的候选中继节点来转发信息。
优选地，所述步骤1中的信号干扰功率比的条件概率分布函数如下：
式中：Xi表示第i个中继节点处的信号干扰功率比，表示信源节点向第i个中继节点发送信息时的发射功率，表示第i个中继节点的发射功率，表示过期的信源节点与第i个中继节点之间的信道状态信息，表示与信道的实际值之间的相关系数，表示第i个中继节点的残留自干扰信道系数的统计平均值，表示信源节点与第i个中继节点之间的信道系数的统计平均值，表示以和为条件的Xi的条件概率分布函数，x表示中继处信号干扰功率比的条件概率分布函数的自变量。
优选地，所述步骤2中的信号干扰功率比的条件概率分布函数如下：
其中：中间变量a1、a2、σ1、σ2的计算公式如下：
式中：Yi表示第i个中继节点转发信息时目的节点处的信号干扰功率比，表示过期的第i个中继节点与目的节点之间的信道状态信息，表示与信道的实际值之间的相关系数，表示过期的信源节点与目的节点之间的直接链路的信道状态信息，ρSD表示与信道的实际值之间的相关系数，表示第i个中继节点与目的节点之间的信道系数的统计平均值，表示信源节点与目的节点之间的直接链路的信道系数的统计平均值，表示以和ρSD为条件的Yi的条件概率分布函数，Q(·,·)表示一阶马库姆Q函数，I0(·)表示第一类零阶修正贝塞尔函数，y表示目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数的自变量。
优选地，所述步骤3中第i个候选中继节点转发信息时系统的条件中断概率Fi(γth)为：
式中：γth表示预设的系统中断阈值。
优选地，所述步骤4包括：选择使得条件中断概率最小的中继节点来转发信息，具体为：令候选中继节点数为N，若第k个中继节点转发信息时使得条件中断概率最小，即则选择第k个中继节点转发信息，N的取值范围为N∈(1,+∞)。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明针对过期的信道状态信息、全双工残留自干扰、直接链路的干扰等现实通信环境中的非理想条件，提供了有效的全双工中继选择方法，能够更好地满足全双工协同通信在实际应用中的要求。
2、本发明能够获得更好的系统性能，无须获得全双工残留自干扰信道的瞬时信道状态信息，有助于降低实际系统的中继节点的复杂度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明提供的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法的流程图；
图2为本发明所提供的方法在对称的网络配置时的中断概率曲线图；
图3为本发明所提供的方法在非对称的网络配置时的中断概率曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，包括：根据过期的信源节点与中继节点之间的信道状态信息、过期的信道状态信息与实际值之间的相关系数，以及全双工中继的残留自干扰的概率分布，确定中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；根据过期的中继节点与目的节点之间的信道状态信息、信源节点与目的节点之间直接链路的信道状态信息，以及过期的信道状态信息与实际值之间的相关系数，确定目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；根据信号干扰功率比的条件概率分布函数确定各候选中继节点解码转发信息时相应的条件中断概率；选择使得条件中断概率最小的中继节点来转发信息。
本实施例为基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，网络中中继节点数为N＝3，信源节点与中继节点的发射功率和为40dB，ρSD＝0.25，且i＝1,…,N，设各中继节点的残留自干扰信道的统计平均值一致，即取值从-30dB到0dB，结果通过106次仿真进行平均。
在本实施例中，图2给出了本实施例方法和传统中继选择方法在对称的网络配置时的中断概率曲线，其中ρ1＝0.95，ρ2＝0.25，ρ3＝0.01，对称的网络配置，即i＝1,…,N。图3给出了本实施例方法和传统中继选择方法在非对称的网络配置时的中断概率曲线，其中ρ1＝0.95，ρ2＝0.2，ρ3＝0.2，非对称的网络配置，即i＝1,…,N且实施例步骤：
步骤S1：以和为条件的Xi的条件概率分布函数为：
步骤S2：以和ρSD为条件的Yi的条件概率分布函数为：
其中
步骤S3：第i个中继节点转发信息时系统的条件中断概率为：
γth为预设的系统中断阈值。
步骤S4：若第k个中继节点转发信息时使得条件中断概率最小，即则选择第k个中继节点转发信息。
由图2可见：在网络对称配置时，所提实施方法相较于传统的中继选择方法，能获得更佳的中断性能。由图3可见：在网络非对称配置时，所提实施方法相较于传统的中继选择方法，也能获得更佳的中断性能。综合图2、图3可知，本发明提出的方法显著地提升了全双工协作网络的中断性能。该方法针对过期的信道状态信息、全双工残留自干扰、直接链路的干扰等非理想条件，提供了全双工协同通信在现实通信环境中进一步提升系统性能的思路。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据获取的过期的信道状态信息、信道相关系数以及全双工残留自干扰的概率分布，确定各候选中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；
步骤2：根据获取的过期的信道状态信息、信道相关系数，确定各候选中继节点转发信息时目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数；
步骤3：根据各候选中继节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数与各候选中继节点转发信息时目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数，确定各候选中继节点转发信息时系统的条件中断概率；
步骤4：选择使得条件中断概率最小的候选中继节点来转发信息；
所述步骤1中的信号干扰功率比的条件概率分布函数如下：
式中：Xi表示第i个中继节点处的信号干扰功率比，表示信源节点向第i个中继节点发送信息时的发射功率，表示第i个中继节点的发射功率，表示过期的信源节点与第i个中继节点之间的信道状态信息，表示与信道的实际值之间的相关系数，表示第i个中继节点的残留自干扰信道系数的统计平均值，表示信源节点与第i个中继节点之间的信道系数的统计平均值，表示以和为条件的Xi的条件概率分布函数，x表示中继处信号干扰功率比的条件概率分布函数的自变量。
2.根据权利要求1所述的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，其特征在于，所述步骤2中的信号干扰功率比的条件概率分布函数如下：
其中：中间变量a1、a2、σ1、σ2的计算公式如下：
式中：Yi表示第i个中继节点转发信息时目的节点处的信号干扰功率比，表示过期的第i个中继节点与目的节点之间的信道状态信息，表示与信道的实际值之间的相关系数，表示过期的信源节点与目的节点之间的直接链路的信道状态信息，ρSD表示与信道的实际值之间的相关系数，表示第i个中继节点与目的节点之间的信道系数的统计平均值，表示信源节点与目的节点之间的直接链路的信道系数的统计平均值，表示以和ρSD为条件的Yi的条件概率分布函数，Q(·,·)表示一阶马库姆Q函数，I0(·)表示第一类零阶修正贝塞尔函数，y表示目的节点处信号干扰功率比的条件概率分布函数的自变量。
3.根据权利要求2所述的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，其特征在于，所述步骤3中第i个候选中继节点转发信息时系统的条件中断概率Fi(γth)为：
式中：γth表示预设的系统中断阈值。
4.根据权利要求1所述的基于过期的信道状态信息的全双工中继选择方法，其特征在于，所述步骤4包括：选择使得条件中断概率最小的中继节点来转发信息，具体为：令候选中继节点数为N，若第k个中继节点转发信息时使得条件中断概率最小，即则选择第k个中继节点转发信息，N的取值范围为N∈(1,+∞)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301520B (zh) * 2016-07-27 2017-08-25 华中科技大学 一种基于全双工多中继系统的通信方法
CN108551688B (zh) * 2018-03-22 2020-11-06 上海交通大学 基于功率自适应的全双工中继系统多用户调度方法
CN109951238A (zh) * 2019-02-19 2019-06-28 哈尔滨工程大学 一种基于信道衰减因子的过时信道状态信息选取方法
CN110740502B (zh) * 2019-10-24 2022-06-24 南通大学 一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法
CN113556195B (zh) * 2021-07-21 2023-05-09 兰州交通大学 基于中断概率的多用户协作无线传输网络性能预测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101729214A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 普天信息技术研究院有限公司 在多天线通信系统中发射信号的方法和发射机
CN102769518A (zh) * 2012-07-16 2012-11-07 遵义天义利威机电有限责任公司 基于周期性差分反馈的干扰对齐技术
CN103441787A (zh) * 2013-09-18 2013-12-11 西安电子科技大学 双向中继系统中基于天线和用户联合选择的信息传输方法
CN103533613A (zh) * 2013-06-07 2014-01-22 中国科学技术大学 一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法
CN104104422A (zh) * 2014-07-08 2014-10-15 华侨大学 一种基于有限反馈的多天线非可信中继系统及其传输方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101729214A (zh) * 2008-10-28 2010-06-09 普天信息技术研究院有限公司 在多天线通信系统中发射信号的方法和发射机
CN102769518A (zh) * 2012-07-16 2012-11-07 遵义天义利威机电有限责任公司 基于周期性差分反馈的干扰对齐技术
CN103533613A (zh) * 2013-06-07 2014-01-22 中国科学技术大学 一种过时信道信息下的放大转发中继选择方法
CN103441787A (zh) * 2013-09-18 2013-12-11 西安电子科技大学 双向中继系统中基于天线和用户联合选择的信息传输方法
CN104104422A (zh) * 2014-07-08 2014-10-15 华侨大学 一种基于有限反馈的多天线非可信中继系统及其传输方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Partial and Opportunistic Relay Selection with Outdated Channel Estimates;Madushanka Soysa等;《IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS》;20120331;第840-850页 *

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